[發(fā)明專利]用于魯棒且準(zhǔn)確的基于RSSI的位置估計(jì)的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611079276.9
• 申請(qǐng)日: 2016-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107040885B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭孟康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 商升特公司
• 主分類號(hào): H04W64/00
• 分類號(hào): H04W64/00;H04B17/318;G01S5/02
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張健;張濤

本發(fā)明涉及用于魯棒且準(zhǔn)確的基于RSSI的位置估計(jì)的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明提出了一種加權(quán)質(zhì)心定位（WCL）算法，其僅基于網(wǎng)關(guān)的已知位置和網(wǎng)關(guān)處的接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）的測(cè)量結(jié)果來(lái)進(jìn)行位置估計(jì)。當(dāng)依照網(wǎng)關(guān)的相對(duì)RSSI對(duì)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行排序時(shí)，該算法基于網(wǎng)關(guān)的等級(jí)來(lái)計(jì)算網(wǎng)關(guān)的權(quán)重。仿真已經(jīng)演示出該算法在不同多徑/衰落信道條件下的魯棒性及其良好的位置性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施例涉及確定移動(dòng)電子設(shè)備的位置的領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在IOT（物聯(lián)網(wǎng)）以及許多其他位置相關(guān)應(yīng)用中，要求基礎(chǔ)設(shè)施能夠估計(jì)一個(gè)或若干個(gè)無(wú)線對(duì)象或目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置。以低成本實(shí)現(xiàn)無(wú)線環(huán)境中的準(zhǔn)確位置估計(jì)仍是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。本發(fā)明要呈現(xiàn)一種用于以低成本實(shí)現(xiàn)具有良好準(zhǔn)確度的魯棒位置估計(jì)的簡(jiǎn)單方法。

在典型的位置估計(jì)系統(tǒng)中，存在其位置已知的若干個(gè)參考節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)以及其位置要被估計(jì)的一個(gè)或若干個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)或塵埃（mote）。為了估計(jì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置，需要通過(guò)由目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行且由參考節(jié)點(diǎn)接收的無(wú)線電傳輸或者方向相反的無(wú)線電傳輸來(lái)測(cè)量表征目標(biāo)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于參考節(jié)點(diǎn)的定位信息的一些度量，諸如距離或角度。在本發(fā)明中，我們考慮下述情況：其中，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線電傳輸，該無(wú)線電傳輸由該目標(biāo)節(jié)點(diǎn)周圍的網(wǎng)關(guān)（參考節(jié)點(diǎn)）接收。

以下描述對(duì)本發(fā)明的下述示例進(jìn)行描述：在這些示例中，在2維平面中確定移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置。雖然重要，但本申請(qǐng)并不進(jìn)行限制，并且本發(fā)明也包括變形，在這些變形中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)被定位在3維空間中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種加權(quán)質(zhì)心定位（WCL）算法，其僅基于網(wǎng)關(guān)的已知位置和網(wǎng)關(guān)處的接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）的測(cè)量結(jié)果來(lái)進(jìn)行位置估計(jì)。如對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)公知的那樣，盡管已經(jīng)存在與WCL位置算法或接近領(lǐng)域相關(guān)的多種學(xué)術(shù)研究以及專利公開(kāi)，但具有良好位置準(zhǔn)確度的簡(jiǎn)單且魯棒的WCL算法的設(shè)計(jì)仍然是主要的挑戰(zhàn)。這是本發(fā)明試圖解決的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1以示意性簡(jiǎn)化方式圖示了一種定位過(guò)程，通過(guò)該定位過(guò)程，多個(gè)網(wǎng)關(guān)接收由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)射的定位分組并憑借求解器來(lái)確定其位置，求解器處理每一個(gè)網(wǎng)關(guān)處的分組的RSSI信息。

圖2通過(guò)流程圖來(lái)表示本發(fā)明方法的可能實(shí)現(xiàn)。

具體實(shí)施方式

位置估計(jì)系統(tǒng)一般可以被劃分成兩個(gè)類別，即，基于測(cè)距的方法和無(wú)需測(cè)距的方法。典型的基于測(cè)距的系統(tǒng)利用TOA（到達(dá)時(shí)間）或TDOA（到達(dá)時(shí)間差）信息，這要求準(zhǔn)確時(shí)間戳設(shè)備以獲得目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間的距離信息，并且其使用三角測(cè)量方法來(lái)獲得目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置。基于RSSI的位置算法可以落到基于測(cè)距或無(wú)需測(cè)距的方法中。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言公知的是，關(guān)于距離的無(wú)線電信號(hào)傳輸（radio signaltransmission over distance）遵循以下規(guī)則：

其中P_r是接收信號(hào)功率，即，RSSI；P_t是發(fā)射功率；G_t是發(fā)射機(jī)天線增益；G_r是接收機(jī)天線增益；w是無(wú)線電的波長(zhǎng)；以及d是從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的距離。b被稱為路徑損耗指數(shù)（PLE）。對(duì)于自由空間傳輸，b=2，而對(duì)于具有多徑衰落的更一般傳輸環(huán)境，b具有1.6與5之間的值。

可以以更方便的格式將上面的等式重寫如下：

其中P₀是參考距離d₀處的接收功率。

由于功率通常以dB格式表達(dá)，因此我們可以有：

。

該等式中的最后一項(xiàng)n是測(cè)量誤差，被表示為零均值高斯噪聲。